鈦白廢酸電極加熱器的設計分析藍日衛

朱名強 梁飄 蘇獻偉

摘? 要：針對硫酸法鈦白粉企業處理廢酸和回收綜合利用問題，業內人士一直在探索和研究，相關企業目前主要采用廢酸濃縮法、廢酸中和法等，其中，廢酸濃縮法是最主要的方法，但廢酸濃縮使用的設備昂貴，能量消耗和操作費用也高。同時，硫酸法鈦白廢酸綜合利用的一些新方法也在研究和探索之中，如壓膜蒸餾法，因為濃縮過程中析出硫酸鹽、工藝不暢、處理能力低等問題，該方法的應用和推廣具有很大的局限性。針對廢酸不外排和回收綜合利用的問題，文章提出了采用鈦白廢酸電極加熱器加熱鈦白廢酸的新工藝。采用鈦白廢酸電極加熱器在硫酸法鈦白粉企業進行應用，不僅能解決廢酸不外排和綜合再利用的問題，還能獲得非常顯著的經濟效益和環境效益。

關鍵詞：廢酸處理;廢酸回用;電極加熱器;經濟和環境效益

中圖分類號：X788? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）33-0091-02

Abstract： In view of the problem of waste acid treatment and recovery and comprehensive utilization of titanium dioxide by sulfuric acid process， people in the industry have been exploring and studying the problem. At present， the relevant enterprises mainly adopt waste acid concentration method， waste acid neutralization method and so on. Waste acid concentration method is the most important method. However， the equipment used for waste acid concentration is expensive， and the energy consumption and operating cost are also high. At the same time， some new methods for comprehensive utilization of titanium dioxide waste acid by sulfuric acid process are also being studied and explored， such as pressure film distillation， because of the precipitation of sulfate in the concentration process， poor process， low treatment capacity and so on. The application and popularization of this method has great limitations. In order to solve the problem of non-discharge and comprehensive utilization of waste acid， a new process of heating waste acid with titanium dioxide waste acid electrode heater is proposed in this paper. The application of titanium dioxide waste acid electrode heater in sulfuric acid titanium dioxide enterprise can not only solve the problem of non-discharge and comprehensive reuse of waste acid， but also obtain very significant economic and environmental benefits.?Keywords： waste acid treatment; waste acid reuse; electrode heater; economic and environmental benefits

1 硫酸法鈦白粉企業廢酸處理情況

硫酸法鈦白粉企業生產，會產生很多廢酸，如何將廢酸處理和回收利用，是一直在研究的課題。如果廢酸處理不好，將會增加生產成本，且對環境造成污染。不同的企業處理廢酸的方法是不相同的，有些企業能將廢酸再利用，取得較好的經濟效益。

廢酸濃縮法就是將廢酸加熱，使硫酸的濃度增加，再返回酸解工序。濃縮法可以采用浸沒燃燒法和真空濃縮法。浸沒燃燒法為早期的濃縮工藝，工藝過程為直接將產生的高溫氣體噴入廢酸中，讓廢酸的水分蒸發，從而濃縮廢酸，這種濃縮法濃縮后的硫酸濃度不是很高，并且對設備腐蝕嚴重，用此法把廢硫酸濃縮至一定比例后出售或供生產磷肥使用。真空蒸發濃縮，近年來很多鈦白粉企業運用該方法，根據其蒸發強度、濃縮級數，分別把20%左右的廢硫酸濃縮至40%、50%、70%甚至90%以上，取得較好的效果。

廢酸中和法是采用石灰石或石灰分兩次中和廢酸，廢酸中和法的關鍵技術是要掌握石膏的結晶方法，否則對生成的石膏顆粒和氫氧化鐵十分難過濾。該方法主要的問題是：產生的硫酸沒有得到再次回收利用，并且消耗的試劑量很大。

如何綜合利用廢酸，方法是多種多樣的。在工業上應用的有：制備人造金紅石，采用石原法，石原公司曾將硫酸法鈦白廠產生的大約90%的廢酸用于生產人造金紅石;制取硫酸鋅，以鈦白廢酸和鋅焙砂（主要成分為ZnO）為原料，在一定工藝條件下進行浸出反應，浸出液經凈化后濃縮結晶得到ZnSO4產品;制取硫酸錳，采用全濕法制取硫酸錳;制備磷肥，將磷礦濕磨后與硫酸反應生成磷酸，磷酸再和氨氣反應生成磷酸一銨或二銨復合肥;生產鐵系顏料，利用廢酸與廢鐵皮、鐵屑反應，得到硫酸亞鐵溶液，用此原料生產氧化鐵黑、鐵紅等鐵系顏料。

硫酸法鈦白廢酸綜合利用的其他一些新方法也在研究和探索之中。找到一種能量消耗低、方法簡單、能讓廢酸不外排和再利用的技術，是硫酸法鈦白粉企業一直在努力的。本課題針對廢酸不外排和再利用的問題，提出了采用鈦白廢酸電極加熱器加熱鈦白廢酸的新工藝。該工藝流程是用耐腐蝕稀酸泵將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸壓入鈦白廢酸電極加熱器，達到最高液位后，停止進液，然后開啟電源，當廢酸加熱到100℃時，停止供電，將熱廢酸排出加熱器。

綜上所述，在硫酸法鈦白粉生產過程中，會產生較多廢酸，采用什么技術將廢酸重復利用和綜合利用并且盡可能少污染環境，是行業內一直都在研究解決的難題。當前，濃縮法主要采用列管式石墨加熱器來加熱鈦白廢酸，但在操作中存在幾個問題：（1）能量消耗大，運行過程中不太穩定;（2）設備投資很大且對材質的要求很高;（3）操作過程復雜且設備維修困難。針對廢酸不外排和綜合利用的問題，本文提出了采用鈦白廢酸電極加熱器加熱鈦白廢酸的新工藝，電極加熱器是化工工業領域廢酸加熱操作過程設備。采用鈦白廢酸電極加熱器在硫酸法鈦白粉企業進行應用，不僅能解決廢酸不外排和綜合再利用的問題，還將獲得非常可觀的經濟效益和環境效益。

2 鈦白廢酸電極加熱器結構

如圖1所示，是一種新型鈦白廢酸電極加熱器，由排酸閥（1）、進酸閥（2）、隔板（3）、電源箱蓋（4）、電極板（5）、電極固定槽（6）、液溫和液位控制器（7）、殼體（8）組成。采用的電極板（5）由導電的耐腐蝕材料制成。采用的殼體（8）、排酸閥（1）、進酸閥（2）過酸部件均由耐腐蝕材料制成。

在殼體左側下方安裝排酸閥和進酸閥，用進、排酸管道將排酸閥和進酸閥與殼體連接，使廢酸能交替進出殼體;在殼體內安裝多組電極板，每塊電極板固定在電極固定槽內，確保相鄰兩塊電極板間的距離;在殼體上方設置一塊隔板，阻止廢酸濺出殼體;在殼體右側上方設置液溫和液位控制器，當加注廢酸進入殼體時，確保殼體內廢酸的液位高度在安全線下，當廢酸加熱到100℃時，停止供電;在殼體上方設置電源箱蓋，保證用電的安全。本加熱器具有加熱效率高、不易堵塞、結構簡單、操作容易、投資少的優點。

3 鈦白廢酸電極加熱器功能和使用說明

用耐腐蝕稀酸泵將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸通過進酸閥壓入鈦白廢酸電極加熱器的殼體，泵送廢酸以定時方式控制進酸量，萬一定時方式失效，液位超過電極板上溢流孔，廢酸液位超過安全線以上時，通過液溫和液位控制器的控制，就會立即斷開耐腐蝕稀酸泵的電源，停止泵送廢酸;當泵送廢酸達到最高液位后，則停止進液，然后開啟加熱電源，電極板通電，利用液體介質自身的高電阻特性，將電能直接轉換成熱能，使廢酸自身發熱，其熱效率可達100%。當廢酸加熱到100℃時，通過液溫和液位控制器的控制，停止供電，開啟排酸閥，將熱廢酸排出加熱器;鈦白廢酸電極加熱器采用隔板密封殼體上溢的廢酸，采用電極固定槽固定電極板，采用電源箱蓋保證電極板接線的絕緣及安全。

4 鈦白廢酸電極加熱器的優點

（1）加熱過程能耗低：采用電極加熱方式加熱廢酸，電極板通電，利用液體介質自身的高電阻特性，將電能直接轉換成熱能，使廢酸自身發熱，其熱效率可達100%。

（2）結構簡單、有效：鈦白廢酸電極加熱器結構簡單、有效，加熱過程中無鹽類析出，不會結垢、堵塞，為廢酸再利用打下基礎。

（3）產生的經濟效益顯著：該設備投資少、回收及綜合利用大量的廢酸，將產生顯著的經濟效益。

（4）產生明顯的環境效益：該電極加熱器加熱過程不會產生任何新的有害物質，符合“減量化、資源化”原則，不會對環境產生污染物，具有明顯環境效益。

5 結束語

本文設計了耐腐蝕、高效率以及對鈦白廢酸的加熱工藝適應性強的鈦白廢酸電極加熱器，工藝流程是用耐腐蝕稀酸泵將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸壓入鈦白廢酸電極加熱器，達到最高液位后，停止進液，然后開啟電源，電極板通電，利用液體介質自身的高電阻特性，將電能直接轉換成熱能，使廢酸自身發熱，其熱效率可達100%。當廢酸加熱到100℃時，停止供電，將熱廢酸排出加熱器。采用電極加熱方式加熱廢酸，為硫酸法鈦白廢酸回收利用打下了基礎，是節約能源、降低成本和減少環境污染的有效措施。該技術能在硫酸法鈦白粉行業推廣，將獲得顯著的經濟效益和環境效益。

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